3. Лабораторна робота.

ВИЗНАЧЕННЯ ОВП ҐРУНТОВИХ СУСПЕНЗІЙ

МЕТОДОМ ПОТЕНЦІОМЕТРІЇ

Мета роботи. Засвоїти потенціометричний метод визначен­ня окисно-відновного потенціалу (ОВП). Оцінити поживну здатність ґрунту за величиною ОВП.

Теоретична частина

Вміст водорозчинних речовин у ґрунті становить частки відсотка, але вони є дуже необхідними для рослин і є рухливою та засвоюваною його частиною. У водних витяжках містяться катіони: їга₄-, ИаД К% М£²⁺, Мп²⁺, А1³⁺, Ее³⁺ аніони: СІ , Ж>₃-, N0.;, НСО.₍, С0₃²-, НР0₄²-, Н₂Р0₄-, НвіОд".

У водних витяжках із підзолистих, дерновопідзолистих і сірих лісових ґрунтів водорозчинних речовин мало, переважають органічні з кислою реакцією середовища. У водних витяжках сіроземів, бурих і каштанових ґрунтів, солончаків і солонців переважають мінеральні речовини. Витяжки з чорнозему — нейтральні, що зумовлено переважанням магній і кальцій гідрокарбонатів, вміст органічних і неорганічних речовин приблизно однаковий. Очевидно, дуже важливо знати мінеральний склад ґрунту. Оскільки мінеральні речовини створюють окисно- відновні системи в ґрунті, це може бути використано для визначен­ня окисно-відновного потенціалу (ЕЬ), за величиною якого встановлюють концентрації цих речовин.

Визначення ЕЬ у біогеохімії є надзвичайно важливою характеристикою електрохімічних процесів, що виникають при міграції елементів. їх роль особливо зросла останнім часом у районах поховання побутових і промислових відходів, отже, без залучення понять про електрохімічні процеси і їх вимір неможливо пояснити особливісті міграції і перехід в розчин багатьох металів.

Є дані про те, що процеси електрохімічного розчинення можуть впливати на вміст мікрокомпонентів у ґрунтових водах, що протікають крізь сульфідовмісні гірські породи, мули. І, природно, без електрохімічних характеристик є неможливими дослідження геохімічних бар’єрів, на яких відбуваються окисно- відновні процеси: гідрогенсульфурних (усіх підрозділів), кисневих, і'леєвьіх. Глеєві горизонти болотних ґрунтів відрізняються зниженням величини Eh, високою рухливістю Fe²⁺ і Мп²⁺, що при надходженні на поверхню є причиною формування кисневих бар’єрів.

Загальне уявлення про метод потенціометрії викладалося в

1. 2.4.1. Нагадаємо, щонамежі розділу метал-розчин солі цього металу виникає електродний потенціал (ф), що визначається за рівнянням Нернста:

(р= <р₀₊ —In а і, (3.2)

zF

де <р₀ — стандартний електродний потенціал при Т = 298 К і активності йона металу а. — 1; z - число електронів, що втрачаються атомом металу при утворенні катіону; R - універсальна газова стала; F - стала Фарадея.

Якщо інертний метал, занурений у розчин, що містить окиснену і відновлену форми одного або декількох речовин, то потенціал, що виникає, називається окисно-відновним (від англ. редокс-потенціал, ер). Його величина визначається співвідношен­ням окисненої (Ох) і відновленої (Red) форм, яке називається рівнянням Петерса:

_ о RT і а (Ох)

‘^Pr~^V'^trf^l"V(Ked) ’ <³-³>

де <р_г — стандартний редокс-потенціал; п - число електронів, які передає відновник окисникові; а(Ох) і a(Red) - активності окисненої і відновної форм, відповідно.

При Т = 298 К і відомих величинах R і F рівняння Петерса і прощується:

— ,_п 0 0,0591 о (Ох)

ПРАКТИКУМ З БІОГЕОХІМІЇ ДЛЯ ЕКОЛОГІВ 2

ПЕРЕДМОВА 4

ЧАСТИНА І. ТЕОРЕТИЧНІ ОСНОВИ ЕКСПЕРИМЕНТУ В БІОГЕОХІМІЇ 6

К= (1.1) 27

Розділ 2. Сучасні методи аналізу в біогеохімії 29

ь-м 38

4_NJ N' 42

ІВ^С = — +І£С₀, (2.12) 60

Розділ 1. Біогеохімічне випробування 89

у ^А 94

ГДК• ⁽¹-⁷⁾ 94

^пк»Г-Т, "ш - '-^{79; пк}“²*=! =„|г²-^7; 119

К_літ, 8,3-10 120

О О 150

„Р a(Rea) 157

де F, - напруга складеного гальванічного елемента; <р_пориі — потенціал едектрода порівняння.

О О

температура.

шкала N4 анионы

О ^сеть

ткала А7 (температура) ткала N2 ткала NЗ

раствора калидровка

Рис. 3.2. Вигляд передньої панелі перетворювача йономіра універсального ЗВ-74.

На рис. 3.2 представлена панель йономіру ЗВ-74, за допо­могою якого проводяться потенціометричні виміри за наступними правилами:

1. Для виміру окисно-відновного потенціалу використовують електродну систему: платиновий і сріблохлоридний електрод, термокомпенсатор.

2. Натискають кнопки «і» і «-1-19», вмикають прилад у мережу і прогрівають ЗО хв.

3. Встановлюють температуру досліджуваного розчину, для чого натискають кнопку одного з вузьких діапазонів виміру «-1-4», «4-9», «9-14», «14-19» іручкою «Температурарозчину» за шкалою №1 встановлюють стрілку приладу на значенні, що відповідає температурі розчину.

4. Занурюють електроди в досліджуваний розчин, натиска­ють кнопку «ту», визначають за шкалою «-1 -19» полярність:

• якщо стрілка зашкалює за «0», слід натиснути кнопку «Аніони /катіони ±», значення потенціалу негативне;

• якщо потенціал вимірюваного електрода є більшим за потенціал електрода порівняння, то знак напруги є позитивним, клавіша «±» не натиснута;

• натискають кнопку «-1-19» і за нижньою шкалою «-1-19» визначають грубе значення напруги, потім включають кнопку

потрібного діапазону вимірів для точного визначення напруги. Після закінчення виміру всі клавіші виводять у вільне положення, крім «і» і «-1-19».

5. За шкалою «0-5» знімають відлік, до показання стрілки додають значення нижньої межі діапазону (4, 9 або 14) і множать на 100. Виміри повторюють 2-3 рази. Після закінчення виміру всі клавіші виводять у вільне положення, крім «Н> і «-1 -19». Експериментальна частина

Устаткування і реактиви: йономір 9В-74; хлоросрібний і платиновий електроди; склянка для вимірів місткістю 50 мл; склянка місткістю 100 мл для приготування суспензії ґрунту; скляна паличка; розчин калій гексаціаноферату (II)

С (— К₄[Ее(СІ4) ]) = 0,1 моль/л; розчин калій гексаціаноферату (III)

С (— К₃|Те(СМ)₆]) = 0,1 моль/л; зразки ґрунтів.

*

Хід аналізу

Підготовчий етап. Після підготовки йономіра до роботи розпочати експеримент слід з перевірки вимірювального плати­нового електрода. Для цього готують суміш з розчинів калій

гексаціаноферату (II) С (— К₄|Те(СМ)₆]) = 0,1 моль/л і калій

гексаціаноферату (III) С(—К₃[Ее(СМ)₆]) = 0,1 моль/л: беруть по 10 мл

кожного розчину і переносять у склянку для вимірів. Підключають платиновий і хлоросрібний електроди до йономіру, занурюють у підготовлену суміш електродну систему. Натискають кнопки «ту» і «-1-19». Відмітивши показання за шкалою «-1 -19», вибирають діапазон точних вимірювань і натискають відповідну кнопку. (У випадку виміру негативних потенціалів натискають кнопку « Аніони/катіони ± », а у випадку виміру позитивних - відтискають цю кнопку. Полярність потенціалів визначають за точкою компенсації: якщо при натиснутій кнопці «±» стрілка зашкалює, то слід кнопку відтиснути.)

2. Визначення напруги стандартної системи. Після встановлення показань знімають відлік і множать це значення на 100. Напруга для взятої суміші при 25 має дорівнювати 272±10 мВ. У випадку відхилення від цієї величини, варто врахувати система­тичну похибку приладу.

3. Приготування ґрунтової суспензії. Для цього в склянку з 10 г ґрунту заливають 50 мл дистильованої води і перемішують скляною паличкою.

4. Вимір ОВП. Натискають кнопки «ту» і «-1-19», занурюють електроди в ґрунтову суспензію. Відмітивши показання за шкалою «-1-19», вибирають діапазон точних вимірювань і натискають відповідну кнопку. Після встановлення стрілки (» 3 хв) знімають показання, як рекомендовано в теоретичній частині роботи.

5. Результати занести до таблиці:

Досліджуваний розчин	Е, мВ	ЕЬ1СТ	(рг, (мВ) вимірювального електрода.
			розраховане на основі виміру Е	розраховане з довідкових даних
Стандартна суміш розчинів К4[Ре(СМ)ь] і К3ГРе(СП)61)		-
Ґрунтова суспензія			-	-

2. Обробка результатів.

а) Розрахуйте за рівнянням 3.5 значення редокс-потенціалу стандартної суміші і запишіть у таблицю.

б) Розрахуйте редокс-потенціал стандартної суміші за рівнянням Петерса (3.4) і занесіть у таблицю.

в) Знайдіть систематичну похибку при вимірі напруги стандартної суміші. Значення похибки розраховують за формулою:

б = (Е - Е. )/Е • 100% ,

сист. ⁴ ст. Ост.'' ст ⁷

де з_сист — систематична помилка; Е_ст — значення напруги стандартної суміші, отримане в ході експерименту; Е_0<?т = 272 мВ.

г) Визначіть істинне значення ОВП ґрунту (ЕЬ_іст):

Р, ₌₌^ЕктмірЛ^Ш-^!ісист)

ІШіст

де ЕЬ_вимір - значення ОВП ґрунтової суспензії, отримане в ході аналізу; в — систематична помилка.

^ ⁷ сист.

2. Висновок про виконання роботи, засвоєння потенціо­метричного методу аналізу і отримані результати запишіть у зошит.

Запитання до захисту лабораторної роботи

1. Якою, на ваш погляд, є залежність ОВП від вологості?

2. Чому в суспензії ґрунту виникає окисно-відновний потенціал?

3. Яким є йонний склад суспензії ґрунту?

4. Чим рівняння Петерса відрізняється від рівняння Нернста, і що в них є спільного?

5. Бактерії нітрифікатори типу ШґгоЬасґег здійснюють окиснення нітритної кислоти до нітратної за схемою:

НМ0₂ + 0₂ -> НЖ)₃ + 142 кДж

Підберіть коефіцієнти методом електронно-іонного балансу із зазначенням відновниця і окисника. Оцініть АН. До якого типу термохімічних реакцій вона відноситься? Скільки Н>ТО₃ отри­мується в процесі нітрифікації, якщо за рік на ґрунті площею 1 га накопичується 138 кгНМ0₂?

6. Як приготувати ґрунтову витяжку (на прикладі суспензії)?

7. Як зміниться величина ОВП, якщо узяти більшу масу ґрунту при приготуванні суспензії ?

8. З якою метою визначають ЕЬ ґрунтів?